今年夏天,中國(guó)多地氣溫突破了40℃,老百姓都靠空調(diào)續(xù)命。此時(shí)此刻,最怕發(fā)生停電。你有沒有想過,電從哪里來?如何保障充足的電?或者在停電狀態(tài)下如何保障生活正常進(jìn)行下去?

電從哪里來?

以電力大規(guī)模應(yīng)用為代表的第二次工業(yè)革命開創(chuàng)了電力時(shí)代。隨著人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算技術(shù)的發(fā)展,一批批科技新秀層出不窮。在現(xiàn)代社會(huì)高速發(fā)展的今天,人們對(duì)電力的依賴越來越強(qiáng),快遞、外賣、網(wǎng)上購物、打車軟件,各個(gè)領(lǐng)域都必然用到電。一旦發(fā)生長(zhǎng)時(shí)間停電,那無疑就是滅頂之災(zāi),甚至嚴(yán)重影響到人類的生存。

那么電究竟是怎么來的呢?

從傳統(tǒng)意義講,電一般都是由發(fā)電廠來發(fā)出的,主要包含水力發(fā)電,風(fēng)力發(fā)電,火力發(fā)電和太陽能發(fā)電等等。發(fā)出來的電經(jīng)過高壓線路傳輸?shù)接秒姸?由于遠(yuǎn)距離的傳輸會(huì)存在著一些損耗,損耗來源主要為線路電流的大小,功率不變的情況下,電壓越高,電流就越小,損耗也就越小,因此根據(jù)不同輸電線路的要求,發(fā)電端的電由變電站將電壓升高,通過輸電站傳輸?shù)接秒姷貐^(qū)。然后經(jīng)過用電地區(qū)的降壓變電站的逐級(jí)降壓,最后通過配電傳到用戶家中。

圖1電從哪里來

因此,保證電網(wǎng)的穩(wěn)定并正常工作顯得尤為重要。全球歷史上發(fā)生過一系列重大停電事故,這些停電事故每次都會(huì)影響幾百萬人甚至上千萬人,其中發(fā)生于印度的停電事故甚至造成了地球上1/10的人口無法用電。電對(duì)于現(xiàn)代社會(huì)來說,如同水和陽光,一時(shí)一刻也缺少不了。因此,儲(chǔ)電也變得十分關(guān)鍵。

發(fā)展儲(chǔ)能的必要性

國(guó)內(nèi)發(fā)電基本上用的是煤炭發(fā)電,自第二次工業(yè)革命以來,路上跑的汽車大多數(shù)都是石油驅(qū)動(dòng)的。無論是發(fā)電還是奔馳的汽車,兩者產(chǎn)生大量的二氧化碳排放到大氣中,促使溫室效應(yīng)的加劇,導(dǎo)致全球各種極端天氣頻發(fā)。美國(guó)西部大部分地區(qū)出現(xiàn)長(zhǎng)達(dá)20年的干旱,2020年夏季至2021年夏季的高溫和低降水量,導(dǎo)致干旱形勢(shì)變得更加嚴(yán)峻;除此之外,位于巴西東北部、東南部等地區(qū)也出現(xiàn)了頻繁降暴雨現(xiàn)象,并多次觸發(fā)洪水和山體滑坡災(zāi)害。

中國(guó)向全球提出解決方案,明確提出2030年“碳達(dá)峰”與2060年“碳中和”目標(biāo)。2022年5月19日,聯(lián)合國(guó)秘書長(zhǎng)古特雷斯在世界氣象組織發(fā)表《2021年全球氣候狀況報(bào)告》時(shí)強(qiáng)調(diào),“人類必須走出化石能源困局”。想實(shí)現(xiàn)就要尋找取代傳統(tǒng)能源的技術(shù),讓光伏太陽能、風(fēng)能發(fā)電取代煤炭發(fā)電、讓動(dòng)力電池取代汽車原油。

然而,不少人以為國(guó)家只需要多建立光伏電站,就能在發(fā)電側(cè)端口全面實(shí)現(xiàn)碳中和。但是事情往往不會(huì)是想象的那么簡(jiǎn)單。一方面,光只能在日光充足的情況下才能產(chǎn)生電,而風(fēng)更是極具不穩(wěn)定性。不能有太陽有風(fēng)的時(shí)候用電,沒太陽、沒風(fēng)的時(shí)候就停電。不同時(shí)段的供需很難達(dá)到平衡,給電網(wǎng)運(yùn)行調(diào)度造成了困難;另一方面,晚上沒有辦法利用光進(jìn)行發(fā)電,造成晚上電不夠用,而白天發(fā)出的電沒人使用又白白浪費(fèi)掉,棄風(fēng)棄光率嚴(yán)重。

圖2 削峰填谷原理圖

而解決上述問題,最直接的方法就是發(fā)展儲(chǔ)能,配置相應(yīng)的儲(chǔ)能系統(tǒng)。我們可以把儲(chǔ)能看作是一個(gè)大型充電寶,依靠?jī)?chǔ)能把白天多余的電儲(chǔ)存在電池儲(chǔ)能系統(tǒng)中,等晚上或者需要的時(shí)候再釋放。

奧運(yùn)會(huì)、世錦賽、巴黎和會(huì)等國(guó)內(nèi)外大型活動(dòng)的舉辦,都有儲(chǔ)能系統(tǒng)作保障。儲(chǔ)能技術(shù)無論對(duì)于源側(cè)、網(wǎng)側(cè)還有用戶側(cè),都起到非常重要的作用,儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展可謂也是一片藍(lán)海。

儲(chǔ)能技術(shù)路線多元化發(fā)展

儲(chǔ)能技術(shù)根據(jù)充放電能源轉(zhuǎn)換形式物理儲(chǔ)能、電化學(xué)儲(chǔ)能和電磁儲(chǔ)能。

首先是物理儲(chǔ)能 。 物理儲(chǔ)能中,抽水蓄能和壓縮空氣儲(chǔ)能是成熟的技術(shù),而抽水蓄能起主導(dǎo)作用。

抽水蓄能電站通常由兩個(gè)海拔高度差的水庫和湖泊組成,多余的電量會(huì)通過低處的水抽向高處,到用電高峰期的時(shí)候,上面水庫又會(huì)向下面水庫放水發(fā)電,抽水蓄能哪里都好,但太考驗(yàn)地理環(huán)境了。拿國(guó)內(nèi)最成熟的浙江安吉縣天荒坪抽水蓄能電站舉例,有一定海坡的山山水水的環(huán)境,直接讓東北平原、華北平原、長(zhǎng)江中下游平原等區(qū)域望而卻步。

圖3 儲(chǔ)能技術(shù)的分類

其次是電化學(xué)儲(chǔ)能。 電化學(xué)儲(chǔ)能包含液流電池、鉛蓄電池、鋰離子電池、鈉硫電池。爭(zhēng)議較大的鈉硫電池和鋰離子電池。

鈉硫電池比能量高、可大電流充放電、使用壽命長(zhǎng)(10～15年),是目前較經(jīng)濟(jì)實(shí)用的儲(chǔ)能方法之一。但其需要附加供熱設(shè)備來維持溫度,同時(shí)過度充電時(shí)很危險(xiǎn)。

對(duì)于鋰離子電池而言。國(guó)家能源局在2022年6月29日發(fā)布的征求意見稿中規(guī)定,為防止電化學(xué)儲(chǔ)能電站火災(zāi)事故,中大型電化學(xué)儲(chǔ)能電站不得選用三元鋰電池、鈉硫電池。同時(shí)鋰離子電池不得設(shè)置在人員密集場(chǎng)所,不得設(shè)置在有人居住或活動(dòng)的建筑物內(nèi)部或其地下空間。

根據(jù)研究顯示,全球電化學(xué)儲(chǔ)能作為新型儲(chǔ)能的一種,其裝機(jī)持續(xù)增長(zhǎng),累計(jì)達(dá)16.5GW/33.1GWh。2020年全球新增電化學(xué)儲(chǔ)能5.3GW/10.7GWh,同比+57%,截至2020年底全球已投運(yùn)電化學(xué)儲(chǔ)能累計(jì)裝機(jī)16.5GW/33.1GWh,同比+57%,占光伏累計(jì)裝機(jī)的2.3%。

電化學(xué)類儲(chǔ)能配置靈活、建設(shè)期短、響應(yīng)速度快,且性價(jià)比高,已經(jīng)進(jìn)入商業(yè)化嘗試階段,隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,低成本和安全性成為新型儲(chǔ)能電池的必然要求。

總結(jié)

新型儲(chǔ)能技術(shù)種類多、建設(shè)工藝差異性大,儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景是非常廣泛的,比如大型工商業(yè)區(qū)、科技園區(qū)、住宅區(qū)、各種交通設(shè)施、以及大型場(chǎng)館、港口、島嶼、海上石油平臺(tái)、隧道,都可見儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用。

行業(yè)專家們指出,面對(duì)不同場(chǎng)景的需求,需要建立涵蓋新型儲(chǔ)能基礎(chǔ)通用、規(guī)劃設(shè)計(jì)、設(shè)備試驗(yàn)、施工驗(yàn)收等領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)體系,并制定新型儲(chǔ)能安全相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及多元化應(yīng)用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

不管儲(chǔ)能技術(shù)最后使用是哪家或者是多家并用,保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行是重中之重。2022年3月18日,《“十四五”新型儲(chǔ)能發(fā)展實(shí)施方案》正式印發(fā),標(biāo)志著新型儲(chǔ)能正式從商業(yè)化初期向規(guī)模化發(fā)展轉(zhuǎn)變,但正如方案中四大基本原則提及的,安全始終是儲(chǔ)能發(fā)展的生命底線。

在新型儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展初期,一些缺乏核心技術(shù)的企業(yè)受政策和補(bǔ)貼吸引進(jìn)入行業(yè),不規(guī)范和不專業(yè)導(dǎo)致安全問題時(shí)有發(fā)生,甚至造成人身傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。緯景儲(chǔ)能產(chǎn)品把極安全、不易燃不易爆、極高的穩(wěn)定性作為選擇化學(xué)元素的準(zhǔn)則。再加上鋅鐵液流電池獨(dú)有的安全環(huán)保、0起火和0爆炸、長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能、超20年服務(wù)壽命、低度電成本等優(yōu)勢(shì),可完全適應(yīng)不同場(chǎng)景的能量存儲(chǔ)需求,也必然會(huì)是未來裝機(jī)的重要選項(xiàng)。